Міністерство освіти Російської Федерації

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

(ТУСУР)

Кафедра радіоелектроніки та захисту інформації (РЗИ)

Підсилювач коректор.
Пояснювальна записка до курсового
проекту з дисципліни "Схемотехніка аналогових електронних пристроїв"
Виконав
студент гр.148-3
КузнецовА.В._______
Перевірив
Викладач каф.РЗІ
ТітовА.А.__________
Реферат
ВИСОКА ЧАСТОТА (ВЧ), НИЗЬКА ЧАСТОТА (НЧ), КОЕФІЦІЄНТ ПОСИЛЕННЯ (КУ), КОРИГУВАЛЬНА ЛАНЦЮГ (КЦ), АПЛІТУДНОЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (АЧХ).
Метою даної роботи є засвоєння методики розрахунку аналогових
підсилюючих пристроїв.
У даній роботі проводився розрахунок широкосмугового підсилювача з нахилом АЧХ для коригування вхідного сигналу.
Курсова робота виконана в текстовому редакторі Microsoft Word 7.0, (представлена ​​на дискеті).
Технічне завдання
Тема проекту: широкосмуговий підсилювач-коректор
1.Діапазон частот від 20МГц до 400МГц
2.Допустімие частотні спотворення в області НЧ 3дБ, у ВЧ 3 дБ
3.Джерела вхідного сигналу 50 Ом
4.Амплітуда напруги на виході 3В
5.Характер і величина навантаження 50 Ом
6.Условія експлуатації +10- +60 С
7. Додаткові вимоги: Зі зростанням частоти коефіцієнт підсилення повинен зростати з підйомом з 30дБ до 33дБ
Зміст
1.Вступ ............................................... ....................................... ... 5
2.Визначення числа каскадів ............................................. ........... 6
3.Розподіл спотворень в області високих частот ................. 6
4 Розрахунок кінцевого каскаду .............................................. ......... ... .. 6
4.1 Розрахунок робочої точки .............................................. ............. ... .6
4.2 Вибір транзистора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ........ ... 7
4.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора ......................... ... .8
4.4 Розрахунок ланцюгів харчування й термостабілізації ..... ... ............. ... 9
4.5 розрахунок елементів високочастотної корекції .. ... ...... ... .... 12
5 Розрахунок предоконечного каскаду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .15
6 Розрахунок вхідного каскаду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ....... ... ... .. 16
7 Розрахунок блокувальних і розділових ємностей. ... .... ... ... .. 19
8 Технічна документація ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 21
9 Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... .. ... 23
10 Література ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24

1.Вступ
У цій роботі потрібно розрахувати коригувальний підсилювач з підйомом амплітудно-частотної характеристики. Необхідність підсилювати сигнал, виникає через те, що досить великі втрати в кабелі. До того ж втрати значно зростають із зростанням частоти.
Для того, щоб компенсувати ці втрати сигнал після прийому попередньо підсилюють, а потім направляють далі по кабелю. При цьому підсилювач повинен мати підйом АЧХ в області високих частот. У даній роботі було потрібно забезпечити підйом рівний 3дБ на октаву.
При проектуванні підсилювача основною складністю є забезпечення заданого посилення в робочій смузі частот. У даному випадку смуга частот становить 20-400 МГц
Для реалізації широкосмугових підсилюючих каскадів із заданим підйомом амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) кращим є використання дисипативної коректує ланцюга четвертого порядку [1].

2 Визначення числа каскадів
Для забезпечення заданого коефіцієнта посилення рівного 30 дБ при коефіцієнті підсилення транзистора близько 10дБ, приймемо число каскадів підсилювача дорівнює 3.
3 Розподіл спотворень в області високих частот
Розраховуючи підсилювач будемо виходити з того, що викривлення вносяться коригуючими ланцюгами каскадів не перевищують 1,5 дБ, а спотворення вносяться вихідний коректує ланцюгом не перевищують 1 дБ, тоді спотворення вносяться підсилювачем не перевищать 2,5 дБ.

4 Розрахунок кінцевого каскаду

4.1 Розрахунок робочої точки
Розрахуємо робочу точку транзистора для резистивного і дросельного каскаду використовуючи формули:
, (4.1)
де амплітуда напруги на виході підсилювача, опір навантаження.
Вт;
; (4.2)
А;
, (4.3)
де струм робочої точки
А для резистивного каскаду;
А;
А для дросельного каскаду;
А;
, (4.4)
де напруга робочої точки, а .
В;
; (4.5)
- Вт розсіює потужність для резистивного каскаду;
- Вт розсіює потужність для дросельного каскаду;
, (4.6)
де напруга живлення каскаду;

В - для резистивного каскаду;
В - для дросельного каскаду;
; (4.7)
Вт - для резистивного каскаду;
Вт - для дросельного каскаду.

Принципова схема резистивного каскаду представлена ​​на малюнку 4.1.1, а еквівалентна схема по змінному струму на малюнку 4.1.1, б, дросельного каскаду на малюнку 4.1.2, а і його еквівалентна схема по змінному струму на малюнку 4.1.2, б.

а) б)

Малюнок 4.1.1

а) б)

Малюнок 4.1.2

Тут опір навантаження, розділова ємність.
Результати обчислень:

	, У	, У	, МВт	, МВт	, МА
з	11,6	5	660	1531	132
з	5	5	330	330	66

4.2 Вибір транзистора. Навантажувальні прямі
При виборі транзистора потрібно врахувати граничні значення транзистора , , , .
В;
А для резистивного каскаду;
А для дросельного каскаду;
Вт для резистивного каскаду;
Вт для дросельного каскаду;
Ггц.

	, У	, МВт	, ГГц	, МА
з	6	660	1,7-4	158
з	6	330	1,7-4	79

Свій вибір зупинимо на транзисторі КТ939А граничні допустимі значення якого повністю відповідають вищевказаним вимогам.
Необхідні довідкові дані транзистора КТ939А [2].
= 18 В, = 0,4 А, = 4 Вт, = 3060 МГц, = 4,6 пс, = 6,04 пФ при = 5 В, = 113, нГн, нГн.

Побудуємо навантажувальні прямі для двох описаних вище каскадів.
а) б)

Малюнок 4.2

Виходячи з вищевказаних результатів обчислень, найдоцільніше застосовувати дросельний каскад, так як при використанні дросельного каскаду менше напруга живлення, що розсіюється потужність, а також споживана потужність (що дуже суттєво).
4.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора

L вх

Розрахунок каскаду заснований на застосуванні еквівалентної схеми заміщення транзистора [3] малюнок 4.3.1, а, а також односпрямованої схеми заміщення [4] малюнок 4.3.1, б.
а) б)
Малюнок 4.3.1
Тут провідність бази
, (4.8)
де постійна часу ланцюга зворотного зв'язку (табличне значення), ємність колекторного переходу (табличне значення), провідність база-емітер
См;
, (4.9)
де опір емітера
, (4.10)
де струм робочої точки, статичний коефіцієнт передачі струму з загальним емітером.
Ом;
См;
, (4.11)
де гранична частота транзистора.
пФ;
вхідна індуктивність,
де індуктивність базової і емітерного висновків відповідно;
нГн;
= ;
вихідний опір транзистора
, (4.12)
де і допустимі параметри транзистора.
Ом;
.
У розрахунку також використовується параметр , (4.13)
де верхня частота підсилювача;
.

4.4 Розрахунок ланцюгів харчування та вибір схеми термостабілізації

Розглянемо три варіанти схем термостабілізації: емітерний, пасивну колекторну та активну колекторну і зробимо для них розрахунок. Схема емітерний термостабілізації представлена ​​на малюнку 4.4.1.

Малюнок 4.4.1

Тут , задають зсув напруги на базі транзистора, елемент термостабілізації, шунтирует по змінному струмі.

, (4.14)

де падіння напруги на резисторі приймемо = 4 В.
Ом;
; (4.15)
В,
; (4.16)
; (4.17)
де струм базового дільника;
.
А;
Ом;
Ом;
; (4.18)
мкГн.
Схема пасивної колекторної термостабілізації представлена ​​на малюнку 4.4.2.

Малюнок 4.4.2

Тут здійснює зміщення напруги, а також використовується як елемент термостабілізації.

Приймемо = ;

, (4.19)

де ; (4.20)

А;

КОм;

; (4.21)

8,3 В.

Розглянемо схему активної колекторної термостабілізації [5].

Малюнок 4.4.3

У даній схемі транзистор VT2 використовується в якості елемента термостабілізації. Струм колектора VT2 є базовим струмом зміщення. Тут , -Базовий дільник для транзистора VT2, запобігає генерацію в каскаді.

> 1 В,
приймемо = 1 В;
; (4.22)
Ом;
; (4.23)
В;
, (4.24)
де струм колектора транзистора VT1, статичний коефіцієнт передачі струму з загальним емітером транзистора VT1 -Ток базового зміщення транзистора VT1.
А;
, (4.25)
де - Струм колектора транзистора VT2.
, (4.26)
де , -Напруги робочої точки транзистора VT1 і VT2.
В;
; (4.27)
Ом;
; (4.28)
; (4.29)

де Ом;

Ом;

Ом.

Для даного каскаду схема емітерний термостабілізації більш прийнятна, ніж інші. По-перше, вона забезпечує високу стабільність, по-друге, вона легко можна реалізувати, тому що містить малу кількості елементів, по-третє, ця схема застосовується для малопотужних каскадів.

4.5 Розрахунок елементів високочастотної корекції

Так як потрібно реалізувати підсилювач з підйомом АЧХ, то необхідно застосування дисипативної межкаскадной коректує ланцюга четвертого порядку [1]. Принципова схема підсилювача з межкаскадной корегуючої ланцюгом четвертого порядку наведена на малюнку 4.5.1, а, еквівалентна схема по перемінному току - малюнку 4.5.1, б.

а) б)

Малюнок 4.5.1

Коефіцієнт посилення каскаду на транзисторі VT ₂ в області верхніх частот можна описати виразом:
, (4.30)
де , Коефіцієнт посилення каскаду (4.31)
;
;
;
;
;
;
R _{ВХН-нормоване} вхідний опір транзистора VT _2; , , ,
, - Нормовані щодо і значення елементів L _1, R _2, C _3, C _4, L _5, відповідні перетвореної схемою КЦ, в якій значення З _ВХ2 одно нескінченності; З _ВИХ1 - вихідна ємність транзистора T _1; ; - Нормована частота; - Поточна кругова частота; - Вища кругова частота смуги пропускання розроблюваного підсилювача. Для розрахунку елементів коригуючої ланцюга потрібно скористатися таблицею 9.1 наведеної в [5]. Кінцевий каскад реалізуємо з підйомом у 3дБ, а предоконечного і вихідний з підйомом в 0 дБ спотворення кожного = дБ. Так як для розрахунку потрібно знати транзистора VT2 то потрібно зробити вибір транзистора предоконечного каскаду. Свій вибір зупинимо на транзисторі КТ939А. Опір виходу цього транзистора нам відомо

Для розрахунку елементів скористаємося формулами:
; (4.32)
За допомогою таблиці отримані наступні нормовані значення елементів.
= 1,68, = 0,842, , = 4,99, = 4,62, = 0,234.
,
; (4.33)
;
;
;
Денорміруя отримані значення, визначимо:
= = 57 нГн;
= = 71,5 Ом;
= = 18 пФ;
= 8,3 пФ;
= 13 нГн.
У підсилювальних каскадах розширення смуги пропускання пов'язане з втратою частини вихідний потужності в резисторах коригувальних ланцюгів (КЦ) або ланцюгів зворотного зв'язку. Від вихідних каскадів підсилювачів потрібно, як правило, отримання максимально можливої ​​вихідний потужності в заданій смузі частот. З теорії підсилювачів відомо, що для виконання зазначеної вимоги необхідно реалізувати відчувається опір навантаження для внутрішнього генератора транзистора рівним постійної величиною у всьому робочому діапазоні частот. Цього можна досягти, включивши вихідну ємність транзистора у фільтр нижніх частот, що використовується в якості

VT1

вихідний КЦ. Схема включення вихідний КЦ наведена на малюнку 4.5.2.

а) б)
Малюнок 4.5.2
Використання фільтра нижніх частот як вихідний КЦ при одночасному розрахунку елементів L _1, C ₁ по методиці Фано дозволяє забезпечити мінімально можливе, відповідне заданим C _ВИХІД і f _B, значення максимальної величини модуля коефіцієнта відбиття в смузі частот від нуля до f _B.

Знаходимо коефіцієнт за формулою:

; (4.34)
;
Далі знаходимо за таблицею 7.1 наведеної в [1] значення , , , , Відповідні коефіцієнту : , , , . Справжні значення елементів розраховуються за формулами:
; (4.35)
.
5 Розрахунок предоконечного каскаду
Розрахунок робочої точки предоконечного каскаду проводиться за тими ж формулами що і крайовий, тільки струм робочої точки обчислюється за формулою
, (5.1)
де -Струм робочої точки вихідного каскаду, а -Коефіцієнт посилення вихідного каскаду,
А;
В;
мВт.
Зробимо розрахунок схем заміщення за формулами (4.8-4.13).
См;
Ом;
См;
пФ;
Ом.
Зробимо розрахунок схеми термостабілізації і ланцюги харчування. В цьому каскаді також застосована емітерна термостабілізація. Для розрахунку використовуємо формули (4.14-4.18).
= 4 В;
Ом;
В;
А;
Ом;
Ом.
Для розрахунку межкаскадной коректує ланцюга четвертого порядку виберемо транзистор вхідного каскаду. У вхідному каскаді використовується транзистор КТ939А. Дані з таблиці для каскаду з підйомом в 0 дБ із спотворенням = дБ. Для розрахунку використовуємо формули (4.30-4.33).
= 2,22, = 1,11, , = 5,23, = 3,69, = 0,291;
;
;
;
;
Денорміруя отримані значення, визначимо:
= = 75нГн;
= = 94,3 Ом;
= = 18 пФ;
= 6,1 пФ;
= 16,1 нГн;
мкГн.

На малюнку 5.1 представлена ​​електрична схема каскаду.

Малюнок 5.1

6 Розрахунок вхідного каскаду.
Розрахунок вихідного каскаду проводиться за тими ж формулами що і крайовий.
А;
В;
мВт.
У даному каскаді використовується транзистор КТ939А.
Розрахунок еквівалентних схем заміщення зробимо за формулами (4.8-4.13):
См;
Ом;
См;
пФ;
Ом.
Зробимо розрахунок схеми термостабілізації і ланцюги харчування. В цьому каскаді застосована емітерна термостабілізація. Для розрахунку використовуємо формули (4.14-4.18).
= 4 В;
Ом;
В;
А;
Ом;
Ом.
Розрахунок вхідний коректує ланцюга четвертого порядку.

Цей розрахунок відрізняється відсутністю вихідний ємності джерела сигналу тому розрахунок спрощується. Для розрахунку використовуємо формули (4.30-4.33). Дані з таблиці для каскаду з підйомом в 0 дБ із спотворенням = дБ

= 2,22, = 1,11, , = 5,23, = 3,69, = 0,291.
,

;
Денорміруя отримані значення, визначимо:
= = 44нГн;
= = 55,5 Ом;
= = 41,6 пФ;
= 29 пФ;
= 5,8 нГн;
мкГн.

Uвх

На малюнку 6.1 представлена ​​електрична схема каскаду.

Малюнок 6.1

7 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей
Розрахуємо максимальні спотворення, що вносяться розділовими і блокувальними ємностями в області низьких частот. Так як значення спотворень задано 1,5 дБ то на розділові і блокувальні ємності повинно доводиться спотворень по 0,75 дБ. Розрахуємо спотворення припадає на кожну ємність і переведемо ці значення в рази.
;
;
Розрахуємо розділові ємності за формулою [3]:
, (7.1)
де нижня гранична кругова частота, вихідний опір джерела сигналу, вхідний опір приймача.
пФ;
пФ;
пФ;
Зробимо розрахунок блокувальних ємностей за формулою [3]:
, (7.2)
де крутість транзистора, опір термостабілізації.
,
де
;
мА / в;
мА / в;
мА / в;
мА / в;
нФ;
нФ;
нФ.
Для зменшення спотворень послідовно з розділовою ємністю включимо додатковий опір паралельно ємності коректує ланцюга каскаду. Додатковий опір вираховується за формулою:
, (7.3)
де опір навантаження для кінцевого каскаду і опір для решти каскадів.
Ом;
Ом;
Ом.
Так само включимо послідовно з опором ланцюга корекції з боку землі. Додаткову ємність включимо тільки до кінцевого і предоконечного каскаду:
; (7.4)
пФ.
нФ;

					РТФ КП 468730.001.ПЗ
						Літ			Маса		Масштаб
Змін	Лист	N докум.	Підпис.	Дата
Виконав		Кузнєцов			УCІЛІТЕЛЬ-КОРЕКТОР
Перевірив		Тітов
						Лист				Листів
						ТУСУР РТФ
					Принципова	Кафедра РЗИ
					Схема	гр. 148-3

Позиційні Позначення

Найменування

Кількість

Примітка

Конденсатори ОЖ0.460.203 ТУ

С1

КД-2-750пФ ± 5%

1

С2

КД-2-39пФ ± 5%

1

С3

КД-2-30пФ ± 5

1

С4

КД-2-2НФ ± 5%

1

C 5, С13, С16

КД-2-8, 2пФ ± 5%

3

С6, С11

КД-2-470пФ ± 5%

2

С7, з 12

КД-2-18пФ ± 5%

2

С8

КД-2-6, 2пФ ± 5%

1

С9

КД-2-15нФ ± 5%

1

С10

КД-2-1, 1НФ ± 5%

1

С14

КД-2-30нФ ± 5%

1

С15

КД-2-290пФ ± 5%

1

Індуктивності

L 1

Індуктивність 44нГн ± 10%

1

L 2

Індуктивність 5,8 нГн ± 10%

1

L 3

Індуктивність 2,21 мкГн ± 10%

1

L 4

Індуктивність 75нГн ± 10%

1

L 5

Індуктивність 16нГн ± 10%

1

L 6

Індуктивність 3,75 мкГн ± 10% ± 10 ± 10%

1

L 7

Індуктивність 57нГн ± 10%

L 8

Індуктивність 13нГн ± 10%

L 9

Індуктивність 2мкГн ± 10%

L 10

Індуктивність 19нГн ± 10%

Резистори ГОСТ 7113-77

R 1

МЛТ-0 ,125-56Ом ± 10%

1

R 2, R 8

МЛТ-0 ,125-2, 4ком ± 10%

2

R 3

МЛТ-0 ,125-7, 5кОм ± 10%

1

R 4

МЛТ-0 ,125-6, 2кОм ± 10%

1

R 5

МЛТ-0 ,125-470Ом ± 10%

1

R 6

МЛТ-0 ,125-91Ом ± 10%

1

R 7

МЛТ-0 ,125-6, 8кОм ± 10%

1

R 9

МЛТ-0 ,125-2кОм ± 10%

1

R 10

МЛТ-0 ,125-150Ом ± 10%

1

R 11

МЛТ-0 ,125-68Ом ± 10%

1

R 12

МЛТ-0 ,125-430Ом ± 10%

1

R 13

МЛТ-0 ,125-1кОм ± 10%

1

R 14

МЛТ-0 ,125-820Ом ± 10%

1

R 15

МЛТ-0 ,125-60Ом ± 10%

1

Транзистори

V1, V2, V3

КТ939А

3

РТФ КП 468730.001 ПЗ

Літ

Маса

Масштаб

Змін

Лист

N докум.

Підпис.

Дата

Виконав

Кузнєцов

ПІДСИЛЮВАЧ-коректор

У

Перевір.

Тітов

Лист

Листів

ТУСУР РТФ

Перелік елементів

Кафедра РЗИ

гр. 148-3

9 Висновок
Розрахований підсилювач має наступні технічні характеристики:
1. Робоча смуга частот: 20-400 МГц
2. Лінійні спотворення
в області НЧ не більше 3 дБ
в області ВЧ не більше 3 дБ
3. Коефіцієнт посилення 32дБ з підйомом АЧХ 3 дБ
4. Амплітуда вихідного напруги Uвих = 3 В
5. Харчування однополярне, Eп = 9 В
6. Діапазон робочих температур: від +10 до +60 градусів Цельсія
Підсилювач розрахований на навантаження Rн = 50 Ом
Підсилювач має запас по посиленню 2дБ, це потрібно для того, щоб у разі погіршення, параметрів окремих елементів коефіцієнт передачі підсилювача не опускався нижче заданого рівня, визначеного технічним завданням.

10 Література
1. Титов А.А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на польових транзисторах - http://referat.ru/download/ref-2770.zip
2. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник / А.А. Зайцев та ін Под ред. А.В.Голомедова.-М.: Радіо та зв'язок, 1989.-640 с.: Іл.
3. Мамонкин І.П. Підсилювальні пристрої: Навчальний посібник для вузов.-М.: Зв'язок, 1977
4. Титов А.А. Розрахунок межкаскадной узгоджуючої ланцюга транзисторного смугового підсилювача потужності. / / Електронна техніка. Сер. НВЧ-техніка. Вип. 1 (475) 2000 г.
5. Титов А.А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на біполярних транзисторах - http://referat.ru/download/ref-2764.zip